ЗЕРКАЛЬНАЯ АНТЕННА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2018 года по МПК H01Q15/16 

Группа изобретений относится к области радиотехники, а именно к зеркальным антеннам, используемым для приема или передачи сигнала.

Известна зеркальная антенна, содержащая каркас и установленные на нем параболический рефлектор и расположенный в фокусе рефлектора облучатель. Параболический рефлектор известной антенны выполнен в виде сплошного зеркала (см. RU 113878, H01Q 3/08, 27.02.2012).

Основной недостаток известной антенны состоит в том, что, вследствие особенностей конструктивного выполнения рефлектора, она обладает высокой восприимчивостью к воздействию ветровой нагрузки. Также данные особенности приводят к необходимости применения при изготовлении рефлекторов пресс-форм, что усложняет производство антенн, поскольку не позволяет на одном оборудовании изготавливать антенны различных типоразмеров.

Известная зеркальная антенна принята в качестве ближайшего аналога к заявленным антеннам.

Технической проблемой, решаемой настоящей группой изобретений, является создание зеркальных антенн, лишенных указанных недостатков.

В результате достигается технический результат, заключающийся в уменьшении ветровой нагрузки на зеркальную антенну и упрощении производства зеркальных антенн в целом.

Указанный технический результат достигается созданием зеркальной антенны по первому варианту, содержащей каркас и установленные на нем параболический рефлектор и расположенный в фокусе рефлектора облучатель. Рефлектор образован соосными проводящими трубчатыми элементами, расположенными с постоянным шагом относительно друг друга, кромки которых формируют отражающую параболическую поверхность. Толщина стенок упомянутых трубчатых элементов одинакова и составляет не менее 0,0175λ, где λ - длина волны, соответствующая максимальной частоте рабочего диапазона, а шаг между упомянутыми трубчатыми элементами и их длина выбраны из условия обеспечения значения коэффициента отражения от параболического рефлектора не менее 95%.

Согласно частному варианту выполнения, шаг между трубчатыми элементами составляет от 0,15λ до 0,225λ, а длина трубчатых элементов - от 0,07λ до 0,14λ.

Такой же технический результат достигается созданием зеркальной антенны по второму варианту, содержащей каркас и установленные на нем параболический рефлектор и расположенный в фокусе рефлектора облучатель. Рефлектор образован парами соосных проводящих трубчатых элементов, расположенных с постоянным шагом относительно друг друга, кромки которых формируют отражающую параболическую поверхность. Толщина стенок b упомянутых трубчатых элементов одинакова. Упомянутые трубчатые элементы в каждой паре расположены с зазором d относительно друг друга, при этом b+d≥0,0175λ, величина зазора d≤4b, где λ - длина волны, соответствующая максимальной частоте рабочего диапазона, а шаг между упомянутыми парами трубчатых элементов и их длина выбраны из условия обеспечения значения коэффициента отражения от параболического рефлектора не менее 95%.

Согласно частному варианту выполнения, шаг между парами трубчатых элементов составляет от 0,15λ до 0,225λ, а длина трубчатых элементов - от 0,07λ до 0,14λ.

Согласно еще одному частному варианту выполнения, каркас содержит раму в форме многоугольника с закрепленными на ней радиальными ребрами, на которых установлены упомянутые трубчатые элементы.

Согласно еще одному частному варианту изобретения, облучатель выполнен из двух ортогональных симметричных вибраторов, пара плеч каждого из которых образована пластиной, изогнутой с образованием петель.

На фиг. 1 представлено схематичное изображение зеркальной антенны в рабочем состоянии.

На фиг. 2а и 2b представлено схематичное изображение облучателя зеркальной антенны (вид спереди и вид сбоку).

На фиг. 3 представлено схематичное изображение рефлектора зеркальной антенны.

На фиг. 4a-4c представлено схематичное изображение соосных трубчатых элементов, согласно первому варианту изобретения.

На фиг. 5a-5c представлено схематичное изображение соосных трубчатых элементов, согласно второму варианту изобретения.

Зеркальная антенна, представленная на фиг. 1, содержит каркас 1 и установленные на нем параболический рефлектор 2 и облучатель 3. Облучатель 3 расположен в фокусе параболического рефлектора 2. В частном варианте, представленном на фиг. 2а и 2b, облучатель выполнен из двух ортогональных симметричных вибраторов, пара плеч каждого из которых образована пластиной 3a (или 3b), изогнутой с образованием петель и закрепленной на диэлектрическом основании 3c при помощи двух пар уголков 3e и 3f. Каждая из двух пластин 3a и 3b соединена с отдельным коаксиальным кабелем.

Согласно первому варианту реализации заявленного изобретения, представленному на фиг. 3 и 4a-4c, параболический рефлектор 2 образован соосными проводящими трубчатыми элементами 4. Трубчатые элементы 4 расположены таким образом, что их оси симметрии совпадают с осью симметрии параболического рефлектора 2, а кромки образуют параболическую поверхность.

При подобном расположении трубчатых элементов 4 каждый зазор между соседними элементами представляет собой волноводный канал. Параметры трубчатых элементов 4, а именно толщина b, шаг с между ними и их длина выбраны таким образом, что волновые каналы имеют размеры меньше критических, и электромагнитное поле в них затухает, что позволяет использовать их в качестве эффективных отражателей. Толщина стенок трубчатых элементов 4 выбрана одинаковой и составляет не менее 0,0175λ, где λ - длина волны, соответствующая максимальной частоте рабочего диапазона. Шаг c между трубчатыми элементами 4 и их длина выбраны известным способом (см., например, Microwave antenna theory and design, edited by Samuel Silver, McGraw-Hill book company, INC; c. 448-451, фиг. 12.18) из условия обеспечения значения коэффициента отражения от параболического рефлектора 2 не менее 95%.

В частном варианте шаг с между трубчатыми элементами 4 составляет от 0,15λ до 0,225λ, а длина трубчатых элементов 4 - от 0,07λ до 0,14λ.

Согласно второму варианту реализации заявленного изобретения, представленному на фиг. 5a-5c, параболический рефлектор 2 образован парами соосных проводящих трубчатых элементов 8а и 8b. Пары трубчатых элементов 8а и 8b расположены таким образом, что их оси симметрии совпадают с осью симметрии параболического рефлектора, а кромки образуют параболическую поверхность. Толщина стенок b трубчатых элементов 8а и 8b выбрана одинаковой, а сами трубчатые элементы 8а и 8b расположены с зазором d относительно друг друга, таким образом, что 2b+d≥0,0175λ, а величина зазора (выбираемая из условия сохранения прочностных характеристик антенны) составляет d≤4b, где λ - длина волны, соответствующая максимальной частоте рабочего диапазона.

Шаг c между парами трубчатых элементов и их длина выбраны (аналогично первому варианту реализации изобретения) из условия обеспечения значения коэффициента отражения от параболического рефлектора 2 не менее 95%.

В частном варианте шаг между парами трубчатых элементов 8а и 8b составляет от 0,15λ до 0,225λ, а длина трубчатых элементов 8а и 8b - от 0,07λ до 0,14λ.

Использование вместо цельного трубчатого элемента 4 пары более тонких трубчатых элементов 8а и 8b, расположенных с зазором, позволяет дополнительно снизить массу зеркальной антенны в целом и ветровую нагрузку на нее.

В частном варианте, представленном на фиг. 3, каркас содержит раму 5 в форме многоугольника с закрепленными на ней радиальными ребрами 6. Трубчатые элементы 4 установлены на радиальных ребрах 6, например, закреплены на них при помощи уголков 7 (см. фиг. 4a-4c). Пары трубчатых элементов 8а и 8b также установлены на радиальных ребрах 6, например, закреплены на них при помощи брусков 9 (см. фиг. 5a-5c).

Заявленную антенну по обоим вариантам используют следующим образом.

С помощью кронштейнов 10, соединенных с рамой 5, антенну закрепляют на опорно-поворотном устройстве с приводным механизмом 11, обеспечивающим поворот антенны в необходимых направлениях.

Антенна рассчитана для приема сигналов круговой поляризации. Электромагнитная волна круговой поляризации падает на параболический рефлектор 2 и отражается (с коэффициентом отражения не менее 95%) от волноводных каналов, образованных соосными проводящими трубчатыми элементами 4 (или парами соосных проводящих трубчатых элементов 8а и 8b). После отражения от параболического рефлектора 2 волна фокусируется в области расположения облучателя 3. Каждая из двух перпендикулярных пластин 3a и 3b облучателя принимает одну из двух взаимно перпендикулярных линейных поляризаций: горизонтальную или вертикальную. Далее каждая из принятых поляризаций передается по коаксиальным кабелям в квадратурный мост (не показан), где происходит их сложение, иными словами две взаимно ортогональные линейные поляризации преобразуются в круговую, и дальнейшая трансляция радиосигнала осуществляется на круговой поляризации. Затем из квадратурного моста сигнал поступает через малошумящий усилитель мощности к потребителю.

Использование параболического рефлектора 2, образованного соосными проводящими трубчатыми элементами 4 (или парами соосных проводящих трубчатых элементов 8а и 8b), между которыми присутствуют зазоры, позволяющие свободно проходить воздуху, позволяет снизить ветровую нагрузку на антенну и, тем самым, опасность ее повреждения при сильных порывах ветра.

Кроме этого, для изготовления подобных антенн достаточно применения простой технологической оснастки, что упрощает их производство.

Изобретения относятся к области радиотехники, а именно к зеркальным антеннам, используемым для приема или передачи сигнала. Зеркальная антенна по обоим вариантам содержит каркас и установленные на нем параболический рефлектор и расположенный в фокусе рефлектор облучатель. По первому варианту рефлектор образован соосными проводящими трубчатыми элементами, расположенными с постоянным шагом относительно друг друга, кромки которых формируют отражающую параболическую поверхность. Толщина стенок упомянутых трубчатых элементов одинакова и составляет не менее 0,0175λ, где λ - длина волны, соответствующая максимальной частоте рабочего диапазона, а шаг между упомянутыми трубчатыми элементами и их длина выбраны из условия обеспечения значения коэффициента отражения от параболического рефлектора не менее 95%. По второму варианту рефлектор образован парами соосных проводящих трубчатых элементов, расположенных с постоянным шагом относительно друг друга, кромки которых формируют отражающую параболическую поверхность. Толщина стенок b упомянутых трубчатых элементов одинакова. Упомянутые трубчатые элементы в каждой паре расположены с зазором d относительно друг друга, при этом b+d≥0,0175λ, величина зазора d≤4b, где λ - длина волны, соответствующая максимальной частоте рабочего диапазона, а шаг между упомянутыми парами трубчатых элементов и их длина выбраны из условия обеспечения значения коэффициента отражения от параболического рефлектора не менее 95%. Технический результат заключается в уменьшении ветровой нагрузки на антенну и в упрощении производства антенн. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Зеркальная антенна, содержащая каркас и установленные на нем параболический рефлектор и расположенный в фокусе рефлектора облучатель, отличающаяся тем, что рефлектор образован соосными проводящими трубчатыми элементами, расположенными с постоянным шагом относительно друг друга, кромки которых формируют отражающую параболическую поверхность, при этом толщина стенок упомянутых трубчатых элементов одинакова и составляет не менее 0,0175λ, где λ - длина волны, соответствующая максимальной частоте рабочего диапазона, а шаг между упомянутыми трубчатыми элементами и их длина выбраны из условия обеспечения значения коэффициента отражения от параболического рефлектора не менее 95%.

2. Антенна по п. 1, отличающаяся тем, что шаг между трубчатыми элементами составляет от 0,15λ до 0,225λ диапазона, а длина трубчатых элементов - от 0,07λ до 0,14λ.

3. Антенна по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что каркас содержит раму в форме многоугольника с закрепленными на ней радиальными ребрами, на которых установлены упомянутые трубчатые элементы.

4. Антенна по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что облучатель выполнен из двух ортогональных симметричных вибраторов, пара плеч каждого из которых образована пластиной, изогнутой с образованием петель.

5. Зеркальная антенна, содержащая каркас и установленные на нем параболический рефлектор и расположенный в фокусе рефлектора облучатель, отличающаяся тем, что рефлектор образован парами соосных проводящих трубчатых элементов, расположенных с постоянным шагом относительно друг друга, кромки которых формируют отражающую параболическую поверхность, толщина стенок b упомянутых трубчатых элементов одинакова, упомянутые трубчатые элементы в каждой паре расположены с зазором d относительно друг друга, при этом 2b+d≥0,0175λ, а величина зазора d≤4b, где λ - длина волны, соответствующая максимальной частоте рабочего диапазона, а шаг между упомянутыми парами трубчатых элементов и их длина выбраны из условия обеспечения значения коэффициента отражения от параболического рефлектора не менее 95%.

6. Антенна по п. 5, отличающаяся тем, что шаг между парами трубчатых элементов составляет от 0,15λ до 0,225λ, а длина трубчатых элементов - от 0,07λ до 0,14λ.

7. Антенна по п. 5 или 6, отличающаяся тем, что каркас содержит раму в форме многоугольника с закрепленными на ней радиальными ребрами, на которых установлены упомянутые трубчатые элементы.

8. Антенна по п. 5 или 6, отличающаяся тем, что облучатель выполнен из двух ортогональных симметричных вибраторов, пара плеч каждого из которых образована пластиной, изогнутой с образованием петель.